http://tamweb.tam.gov.tw/v3/mobile/content.asp?mtype=c2&idx=1462而2015年夏天發現的一顆超新星震驚了天文學界——其爆發強度超過了Ia型超新星約200倍,是“前記錄保持者”的2倍以上。
這顆名為ASASSN-15lh的極亮超新星是由北京大學科維理天文與天體物理研究所( Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics)“青年千人”研究員東蘇勃(Subo Dong)領導一支國際團隊發現的。這一最新研究成果以東蘇勃為第一作者、通訊作者身份發表在2016年1月15日出版的《科學》(Science)雜誌上。據《科學》文章報導,ASASSN-15lh距離地球38億光年,屬於罕見的“極亮型超新星(superluminous supernova)”家族中的一員。它的發現有望為天文學家揭開極亮型超新星的爆發之謎提供重要線索。ASASSN-15lh達到的最高光度比太陽要強5700億倍,是整個銀河系千億顆恆星總光度的20倍左右。東蘇勃稱:“ASASSN-15lh是迄今為止人類記錄到的最強的超新星爆發。由於它輻射的能量太高,目前的超新星理論難以對它的爆發機制和能量來源給予令人滿意的解釋。”
ASASSN-15lh是2015年6月由位於智利安第斯山脈托洛洛山頂的兩架14釐米口徑“全天自動超新星搜索專案( All Sky Automated Survey for Supernovae,ASAS-SN)”望遠鏡發現的。在ASASSN-15lh發現當天,東蘇勃和其合作者立即將有關訊息公開給全球的超新星研究者,以便人們能夠更快、更好地進行觀測。ASASSN-15lh引起了天文學家們的強烈興趣,世界上諸多大型望遠鏡和美國NASA的“雨燕(Swift)”太空望遠鏡馬上投入到了後續觀測之中。時至今日,研究者們還在從光學、X射線、射電等諸多波段對這顆超新星進行持續觀測。
2015年6月21日,東蘇勃在美國卡內基天文臺的合作者利用位於智利的2.5米杜邦望遠鏡拍攝到了ASASSN-15lh的第一條譜線。天文學家們用譜線來認證超新星拋射物中的化學組分和物理狀態,為超新星歸類並研究其爆發的物理過程。 然而,ASASSN-15lh的譜線遠異于“全天自動超新星搜索專案”已發現的200多顆超新星,這使天文學家們起初感到非常困惑。
在與同事智利迪亞哥伯達裡斯大學教授何塞•普利艾特和斯坦尼克討論後,東蘇勃突然意識到ASASSN-15lh可能屬於極亮型超新星。根據他的推測,若ASASSN-15lh距離我們38億光年遠,那麼它最突出的譜線特徵與2010年發現的一顆極亮超新星的光譜極為匹配。如果這個推斷是正確的,就應該可以在特定波長上看到超新星光線穿過宿主星系中氣體產生的吸收譜線。而預期中的特徵吸收譜線波長較短,需要利用覆蓋足夠藍端光譜的儀器才能觀測到。在接下來的幾天,東蘇勃和同事們聯繫到了三架可拍攝藍端光譜的望遠鏡,可惜數次觀測都由於天氣原因和儀器故障功虧一簣。十天之後,10米口徑的“南非巨型望遠鏡”(SALT)終於成功拍攝到了所需光譜,東蘇勃的推斷被證實了!
2015年7月1日北京時間淩晨兩點,東蘇勃收到了南非望遠鏡的觀測資訊。他說:“當看到南非望遠鏡拍攝的光譜並意識到我們發現了史上最強的超新星爆發時,我興奮得徹夜難眠。”
後續的觀測進一步印證了ASASSN-15lh的特性與以往發現的所謂的貧氫極亮型超新星(也稱“I型極亮超新星”)有諸多關鍵的共同之處。這些劇烈爆發產生的拋射物中探測不到宇宙中最為豐富的氫元素的跡象。然而,除了其爆發強度鶴立雞群之外,ASASSN-15lh的溫度也遠高於其它I型極亮超新星。另外,以往發現的I型極亮超新星多在黯淡的矮星系中,但ASASSN-15lh的宿主星系比銀河系還要亮數倍。隨著超新星逐漸變暗,後續觀測將可以更好的研究宿主星系,這對理解貧氫極亮型超新星的爆發環境具有重要意義。包括北京大學物理學院天文學系博士研究生陳平在內的東蘇勃團隊將利用哈勃空間望遠鏡等強大的天文儀器對該超新星和其宿主星系做進一步地縱深分析和研究。
解釋極亮超新星能源機制最為流行的理論之一是磁中子星模型(magnetar,註:臺灣譯為磁星)。在這個模型中,恆星爆發後會在中心遺留一顆有著極強磁場並飛速自轉的中子星,這顆磁中子星的劇烈磁化星風可將爆炸拋射物加熱到高溫從而產生輻射。然而,自發現後的僅四個月時間裡,ASASSN-15lh輻射的總能量就相當於太陽以現在的強度照耀900億年。如此之高的能量剛好超過了磁中子星理論模型所允許的上限。另一種可能解釋是,ASASSN-15lh的輻射是由極高品質恆星爆發產生的數十倍太陽品質的放射性元素衰變導致的。
東蘇勃說:“ASASSN-15lh的發現對超新星爆發理論提出了一個全新挑戰。它可能會引發對極亮超新星整體的理論創新和更多的觀測。我們將拭目以待。”
東蘇勃於2014年入選中組部“千人計畫(青年專案)”。這項研究得到中國科學院先導B專項的支持。
附:“全天自動超新星搜索項目(ASAS-SN)”是由美國俄亥俄州立大學牽頭,包括東蘇勃在內的國際合作項目。該項目的小望遠鏡陣持續不斷地對整個夜空拍照,旨在搜尋突然變亮的、主要包括超新星的“暫現天體”。俄亥俄州立大學教授、“全天自動超新星搜索項目”首席科學家之一克里斯多夫•斯坦尼克教授說:“ASAS-SN是歷史上首個持續不斷地監測整個天空從而搜尋光學暫現天體的專案。科學上,每打開一扇新的觀測宇宙的視窗,就會有激動人心的新奇發現。而作出新發現的機遇總是留給有準備的人。”